无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)节点大规模部署且能量受限,设计节能路由,提高网络能量负载均衡性,延长网络生存时间,是WSN研究的一个核心问题。分簇路由协议具有较好的扩展性和健壮性,是目前WSN路由协议研究的重点。分簇路由协议通常采用多跳通信,靠近基站的簇需要转发其它簇的数据而需要消耗更多能量,造成网络能量负载不均衡。节点能量受限和能耗不均衡是WSN分簇路由协议设计不容忽视的两个问题。在分簇路由协议设计中,在节点部署上引入地理位置信息,可优化节点数目、节点分布形式以及节点能量分配;在路由协议上考虑地理位置信息,可控制簇头的数量和位置,减小簇内通信代价,增强路由转发的导向性。以上两种方式都可以减少节点能量消耗,提高网络的能量负载均衡,延长网络生存时间。本课题以WSN自身特性及路由协议独特的设计需求为前提,以分簇路由作为研究的基本切入点,重点对基于地理位置的分簇路由协议进行研究,主要工作总结如下:(1)能量有效的节点部署策略。在一维线性网络拓扑下,考虑节点数据压缩比,分析簇间间距及节点部署密度对节点能量消耗的影响,提出非均匀的最佳簇间间距与最佳节点密度的计算公式,优化节点部署,提高节点能量利用效率。(2)最优化簇头数目。研究经典分簇路由协议LEACH的能耗模型,从完整一“轮”的角度,定量分析簇头及成员节点在一轮操作周期中各阶段能耗,提出一种新的最优化簇头数目的计算公式,为LEACH协议最优化簇头数目的计算提供了理论依据。(3)基于虚拟网格的非均匀分簇路由协议。在同心圆环网络拓扑结构下,利用最优化簇头数目计算公式,计算各环最佳的簇头数目,并以此划分虚拟网格;在虚拟网格内,通过节点的剩余能量及簇内通信代价选举簇头;建立以基站为中心的路由树,簇头与基站间采用多跳通信;最后,通过基于簇旋转的簇重构策略,改变节点在簇内的位置,使得更多节点有机会成为簇头,提高节点负载均衡,延长网络生存时间。